土壤对军用越野车辆机动性能影响分析

在软地面上的机动性能是军用高机动性越野车辆的主要性能之一,对于其野外作业有重要的战略意义。为了探究不同类型松软土壤地面路况对越野车辆机动性能的影响,基于离散元法对土壤进行建模,通过土壤堆积角测试试验以及土壤圆锥指数试验进行土壤刚度对标测试。通过DEM-MBD联合仿真方法,利用精确的土壤模型,对不可压缩干燥土壤、不可压缩湿润土壤、可压缩干燥土壤、可压缩湿润土壤4种不同类型土壤进行仿真分析,通过对比越野车辆平均速度、牵引力、驱动扭矩、轮胎沉陷量,探究土壤类型对越野车辆机动性能的影响。越野车在湿润土壤上比在干燥土壤上牵引力减少了6.98%,在不可压缩土壤上的稳定行驶速度比在可压缩土壤上稳定行驶速度高34.2%,在湿润的土壤路面上速度更加稳定。研究成果弥补了国内车辆地面力学领域土壤对整车机动性影响的空白,可为军车野外复杂地形(如沙地、雪地、泥泞等)作战时选择最优的行驶路面,提高作战效率。

具有完全非线性项的非局部梁方程正解

该文研究了两类具有完全非线性项的梁方程,其边值条件含有Stieltjes积分,应用Gronwall型不等式给出三阶导数项的先验估计,通过在适当开集中的不动点指数方法,获得了正解的存在性结论.非线性项中的三阶导数具有二次增长.

二维光子晶体中的双波段半狄拉克锥与零折射率材料

设计了一种由椭圆介电柱子组成的正方晶格光子晶体结构.通过调节椭圆柱子的大小和放置角度,在布里渊区中心同时实现两个不同频率的双重偶然简并,并获得两个不同波段的半狄拉克锥.更有趣的是,这两个半狄拉克锥沿椭圆柱子长轴和短轴两个方向表现出的线性和非线性色散关系正好相反,k·p微扰理论也进一步证实了这种奇异的色散关系.数值计算结果表明在两个半狄拉克点频率附近,本文所设计的正方晶格光子晶体在线性色散所在方向上等效为阻抗匹配的双零折射率材料,而在非线性色散所在方向上只能等效为单零折射率材料,即沿椭圆柱子长轴和短轴两个方向的等效零折射率展现出差异性.而两个不同波段的半狄拉克锥所对应的这种等效零折射率的各向异性截然相反,因此可利用“Y”型光子晶体板将两种不同频率的电磁波成功分离.

基于圆锥指数与多尺度地形因子的车辆通行性研究——以西藏自治区为例

针对传统车辆通行研究中地形分析尺度单一且未考虑天气对野外通行性影响的问题,从宏观到微观多尺度地评估地形对车辆野外通行的影响,同时考虑恶劣天气环境造成的土壤承载能力差异,建立雨季条件下融合土壤和地形因子的车辆野外通行成本模型.在此基础上,利用常规的路径分析方式实现了恶劣天气环境下的最佳路径分析,并结合实地考察的行车路线进行精度验证.结果表明:与仅考虑单一坡度因子的传统判断方法相比,该模型精度提升了12%~39%,尤其是在地形复杂的区域,规划路径更加贴近实际行驶路线,可靠性和准确度明显提升,符合路径分析实际应用的需要.

基于CBCT三维形态分析的中国青少年颈椎骨成熟度定量方法研究

目的通过锥形束CT(CBCT)影像探究颈椎三维形态与骨骼成熟度之间的相关性,并建立基于颈椎三维形态的颈椎骨成熟度(CVM)定量评估模型。方法共收集358例(男175例,女183例)中国青少年患者的颅颌面CBCT影像,随机分为模型建立组(277例)及验证组(81例)。定义并测量了21个颈椎三维形态学参数,纳入颈椎全部部位,包括颈椎椎体、横突、棘突、椎弓根、锥板、关节突。颈椎骨成熟指数(CVMI)由有经验的正畸医师测定并作为参考标准。采用Spearman等级相关系数和多元线性逐步分析确定相关性并构建回归模型。使用验证组数据检验各模型的评估可靠性并应用配对样本Wilcoxon符号秩检验比较模型评估值与参考标准。结果颈椎各部位的三维形态学变化与CVMI相关(P<0.05)。男性和女性模型各包括6个三维形态参数,其中3个相同。男性模型和女性模型校正R2分别为0.899和0.902,评估准确率分别为85.0%和85.4%。配对样本Wilcoxon符号秩检验结果显示两个回归模型与参考标准间均无统计学差异(P>0.05)。结论颈椎三维形态与骨骼成熟度相关,本研究建立的CVM三维形态学评估方法及相应的回归模型具有良好的可信度,与专家的一致性较高。

一类弯曲的弹性梁方程正解的存在性

该文讨论四阶常微分方程边值问题{u(4)(x)=f(x,u(x),u′′(x)),x∈[0,1],u′(0)=u′′′(0)=u(1)=u′′(1)=0正解的存在性,其中,f:[0,1]×R+×R−→R+连续,该问题是描述一类弹性梁静态形变的数学模型.在非线性项f(x,u,v)满足适当的不等式条件下,应用锥上的不动点指数理论获得了正解的存在性结果.

沥青热稳定性与燃烧特性的量化评价

采用恒温加热试验、氧指数试验和锥形量热试验,对比分析了基质沥青和橡胶沥青的质量损失、氧指数、热释放速率(HRR)、总释放热(THR)和质量损失速率(MLR),用以精确量化评价沥青的热稳定性和燃烧特性.试验结果表明:橡胶沥青在相同温度下的质量损失、氧指数值、HRR峰值、THR峰值、MLR峰值及其质量损失速率随温度升高而增加的变化值均高于基质沥青;橡胶沥青热稳定性和燃烧特性劣于基质沥青;对比3种试验方案,锥形量热试验评价参数较多,结果更为可靠,建议采用锥形量热法评价沥青热稳定性与燃烧特性.

一类高阶分数阶非线性微分方程组多点边值问题正解的存在性

运用不动点指数理论,讨论了一类高阶分数阶非线性微分方程组多点边值问题,研究了该问题正解的存在性、多重性以及不存在准则,给出了保证正解存在的一些极限型条件,条件适用于更一般的非线性项.

一种土壤剖面水分与坚实度同步测量装置

土壤坚实度、水分与容重存在着复杂的耦合关系.为了满足参数解耦对数据同步性的要求,研制了一种可同步测量土壤剖面水分与圆锥指数的智能化测量装置.其创新点主要表现在:(1)依据ASAE标准实现FD水分传感器与圆锥指数传感器结构一体化设计;(2)系统集成上引入超声波深度传感器动态确定圆锥在土壤中的位置,实时获取双参数2D分布剖面;(3)测量系统采用双MCU结构,具有智能化信息处理与大容量农田数据存储能力,通过串口外接GPS模块实现田间GPS定位采集.在实验室环境下对复合传感器及超声波深度传感器进行针对性标定试验,结果表明各传感器达到相应技术性能指标.

基于加速度补偿的土壤紧实度测量方法与传感器设计

针对目前基于圆锥指数的土壤紧实度测量中,无法消除土壤摩擦力对紧实度测量的影响,要求检测传感器匀速贯入土壤,因此存在使用不便、精度不高的难题。为了提高土壤紧实度实时测量方法的精度及可操作性,在圆锥指数方法基础上,设计了土壤紧实度实时检测传感器,并加入了加速度的同步测量,消除了使用过程中金属杆插入速度不均造成的误差,提高了土壤紧实度测量精度。通过大量试验验证了自制传感器具有较好的静态性能和动态性能,其测量范围为0~900 k Pa,灵敏度为0.041 896,稳定性测量标准差为5 k Pa,测量精度为±0.02%FS,超调量为7.81%,过渡时间为0.632 s。与美国SC-900型土壤紧实度仪对比其准确性的线性拟合决定系数均达到0.96以上,结果表明设计的土壤紧实度传感器与SC-900型土壤紧实度仪在实际测量中性能相当,且使用更方便、价格更低廉。为农林生产、环境保护及生态监测提供了一种具有自主知识产权、精准获取土壤紧实度的有效手段。

同步获取土壤介电与力学参数的实验系统

土壤作为一种由惰性固体、活性固体、溶质、气体以及水组成的多元复合系统,决定了其物理特性实验研究的复杂性。针对土壤物理实验中多变量信息同步实时获取的客观需要,应用一个自行设计的双变量传感器和虚拟仪器(VI)技术,研制了一台能够同时测量土壤力学特性与介电特性的智能化测试系统。该系统既能在0～40cm深度之间提供土壤圆锥指数分布与含水率分布剖面,而且还可运用信号处理中的相关理论分析双变量传感器输出信号间的相关特性。该系统为在实验室中分析土壤介电特性和力学特性研究提供了一个智能化的基础实验平台,并已在与德国波恩大学农业工程研究所的合作研究中成功地应用于田间实际测量中。

土壤圆锥指数、水分与容重耦合模型的试验比较--Ⅰ．模型性能的统计检验与容重预测

应用一种先进的双变量(土壤圆锥指数与水分)传感器复合测量系统,基于前人提出的土壤圆锥指数、水分与容重的4种半经验模型(Ayers,Upadhyaya,Busscher与Hernanz模型),以相关系数R2与统计残差作为检验指标,根据各模型的结构特点,结合两种质地土壤(粘土与粉质壤土),针对容重预测精度与可应用性进行了深入试验研究.结果表明,Ayers和Upadhyaya模型虽然预测精度较高,但与土壤容重的解析关系为隐函数,在线辨识计算工作量只能取决迭代过程的收敛性,因而在实际应用上受到一定程度的限制.相比之下Busscher与Hernanz模型计算土壤容重方便快捷,但预测精度较低.

应用电流法测量土壤圆锥指数

圆锥指数仪是农业上用于测量土壤压实度的专用设备。基于机/电能量守恒原理,定量分析了测量过程中直流电动机输出功率与锥杆作用力之间的能量传递关系,提出了一种根据电动机电流来测量土壤圆锥指数的方法。试验结果证实了该方法的可行性。

滚珠丝杠传动的土壤圆锥指数仪设计

设计了一种应用滚珠丝杠传动、直流电动机驱动的恒速(30 mm/s)土壤圆锥指数测量装置。将电动机驱动滚珠丝杠传动方式应用于土壤参数测量装置,具有较高的运行控制精度和机械传动效率。在机电一体化设计方面,研制的专用微控制器既负责协调土壤坚实度信息与纵向行进深度动态信息的实时获取和运行状态监控,又同时与GPS模块和PDA连接。充分利用PDA提供的软硬件资源,可实现农田数据的大容量存储和智能化信息处理。田间试验表明,该仪器具有较高的可靠性和实用性。

土壤圆锥指数、水分与容重耦合模型的试验比较研究--Ⅱ.水分与深度的影响

在对4种模型统计性能的水平检验与容重预测精度评价的基础上,分析与检验了各模型中水分与行进深度的影响作用.为分解水分对圆锥指数的单因数影响,采用定义水分影响指数(的方法.对于圆锥传感器行进深度的影响作用,借助于da与ead两种独立的深度影响因子,结合各模型与试验数据进行了计算与比较.结果表明:(1)只有Ayers模型能够较好地刻画土壤圆锥指数与水分间的耦合关系;(2)根据Ayers模型与Upadhyaya模型,圆锥传感器行进深度对圆锥指数的影响作用可以忽略;(3)根据Busscher模型,圆锥传感器行进深度显著影响圆锥指数的数值,但与此同时水分影响却可忽略不计,这显然与事实不符.由此看来,应用Ayers模型解析土壤圆锥指数、水分与容重的耦合关系,优于其它模型,但它作为隐函数,寻求最优迭代算法有待进一步研究.

新型机电一体静载土壤承压仪的研究

研究测量土壤圆锥指数的机电一体智能承压仪器。该仪器由手柄、测头、连杆、侧向力消除机构及单片机控制测力记录装置组成，实现对田间及野外条件下圆锥指数的测量，能有效地消除侧向力对圆锥指数测定值的影响，并具有打印、查询、计算、删除等一系列功能。该承压仪的研制成功，为车辆工程、农机部门，土地普查等工作，提供了一种结构简单、使用方便、测力范围广、测量精度高的智能型静载土壤承压仪。

基于滚动阻力实时监测的软路面识别方法

为提高某军用越野车辆在软路面的机动性,提出一种基于滚动阻力实时监测的软路面识别方法。利用软路面测量的特征参数计算出土壤"圆锥指数"(cone index,CI);依据贝克的地面力学"压力-沉陷"公式获得主要由土壤压实阻力构成的车轮滚动阻力系数;通过实时监测车辆和发动机动的运行状态,基于车辆纵向力平衡方程,根据发动机的输出扭矩计算车辆当前行使路面的滚动阻力系数,并与软路面滚动阻力系数临界阈值进行对比。若为软路面则采取车辆软路面的行使模式,使得车辆快速通过。该文实现了车辆对软路面的自我识别,识别率达90%,提高了越野车辆的机动性能。

基于多源数据的土壤越野通行性评估

针对现有土壤通行性评估方法的不足,基于多源环境数据,以圆锥指数为指标对土壤通行性进行定量分析。高精度的USCS(Unified Soil Classification System)类型土壤数据和降雨数据是定量分析土壤通行性的基础。首先采用随机森林方法将已有的土壤数据转换成USCS类型;然后将气象站降雨数据和卫星降雨进行融合,构建高精度的降雨数据;最后利用圆锥指数模型计算土壤的圆锥指数,通过比较车辆圆锥指数和土壤圆锥指数的大小对土壤的通行性能进行评价。对比现有的方法,该方法精度更高,适应性更强。

非线性三阶三点边值问题的正解

通过运用不动点指数理论对于一类非线性三阶常微分方程三点边值问题建立其至少存在两个正解的若干存在性准则.

利用微波反射效应测定土壤强度的研究

传统的土壤强度测定方法均需直接接触土壤,该文提出一种利用微波反射效应测定土壤强度的遥测方法。采用一套简单的试验装置以测定土壤的微波反射损失并用之研究土壤的含水量、容重、土壤类型和贯入阻力对微波反射损失的影响。试验结果表明,在单对数坐标中土壤的微波反射损失随其圆锥指数增加而呈线性减少。